Question

18．化学反应原理在科研和生产中有广泛应用．

（1）SO₂可用于制硫酸．已知25℃、101kPa时：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H₁=-197kJ/mol；
H₂O（g）═H₂O（l）△H₂=-44kJ/mol；2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）═2H₂SO₄（l）△H₃=-545kJ/mol．
则SO₃（g）与H₂O（l）反应的热化学方程式是SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol．
（2）利用“化学蒸气转移法”制备二硫化钽（TaS₂）晶体，发生如下反应：TaS₂（s）+2I₂（g）═TaI₄（g）+S₂（g）△H＞0（Ⅰ）
若反应（Ⅰ）的平衡常数K=1，向某恒容容器中加入1mol I₂ （g）和足量TaS₂（s），I₂ （g）的平衡转化率为66.7%．
如图1所示，反应（Ⅰ）在石英真空管中进行，先在温度为T₂的一端放入未提纯的TaS₂粉末和少量I₂ （g），一段时间后，在温度为T₁的一端得到了纯净TaS₂晶体，则温度T₁＜T₂（填“＞”“＜”或“=”）．上述反应体系中循环使用的物质是I₂．
（3）利用H₂S废气制取氢气的方法有多种．
①高温热分解法
已知：H₂S（g）═H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）△H₄
在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H₂S分解实验．以H₂S起始浓度均为c mol•L^-1测定H₂S的转化率，结果见图2．图2中a为H₂S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H₂S的转化率．△H₄＞0（填＞，=或＜）；说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的进间缩短．
②电化学法
该法制氢过程的示意图如图3．反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，其目的是增大反应物接触面积，使反应更充分；反应后的溶液进入电解池，电解总反应的离子方程式为2Fe²⁺+2H⁺ $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe³⁺+H₂↑．

Answer 1

分析 （1）2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol ①
  2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=-88kJ/mol ②
  2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol③
利用盖斯定律：（③-①-②）×$\frac{1}{2}$ 得SO₃（g）与H₂O（l）反应的热化学方程式；
（2）设 I₂的平衡转化率为x，则参加反应的I₂为xmol，由方程式可知，平衡时生成TaI₄和S₂各0.5xmol，剩余I₂为（1-x）mol，反应前后气体体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，根据K=$\frac{c（TaI{\;}_{4}）×c（S{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（I{\;}_{2}）}$=1列方程计算；
该反应为吸热反应，温度T₂端利于反应正向进行，应为高温，温度T₁端利于反应向左进行，应为低温，反应中I₂是可以循环使用的物质；
（3）①由图可知，随着温度升高，H₂S的转化率也随之增大，所以升高温度平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应；
温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快，达到平衡时的时间缩短；
②反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，可增大反应物接触面积；电解池中亚铁离子失去电子，氢离子得到电子，以此来解答．

解答 解：（1）2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）△H₁=一197kJ/mol ①
  2H₂O （g）=2H₂O（1）△H₂=-88kJ/mol ②
  2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（g）=2H₂SO₄（l）△H₃=一545kJ/mol③
利用盖斯定律：（③-①-②）×$\frac{1}{2}$ 得SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol，
故答案为：SO₃（g）+H₂O（l）=H₂SO₄（l）△H=-130kJ/mol；
（2）设 I₂的平衡转化率为x，则参加反应的I₂为xmol，由方程式可知，平衡时生成TaI₄和S₂各0.5xmol，剩余I₂为（1-x）mol，反应前后气体体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，则K═$\frac{c（TaI{\;}_{4}）×c（S{\;}_{2}）}{c{\;}^{2}（I{\;}_{2}）}$=$\frac{0.5x×0.5x}{（1-x）{\;}^{2}}$=1，解得：x=66.7%；
该反应为吸热反应，一段时间后，在温度为T₁的一端得到了纯净TaS₂晶体，温度T₂端利于反应正向进行，应为高温，温度T₁端利于反应向左进行，应为低温，所以T₁＜T₂，I₂是可以循环使用的物质；
故答案为：66.7%；＜；I₂；
（3）①由图可知，随着温度升高，H₂S的转化率也随之增大，所以升高温度平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，所以△H₄＞0；
温度的升高，反应速率加快，达到平衡时的时间缩短，曲线b向曲线a逼近，
故答案为：＞；温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的进间缩短；
②反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，可增大反应物接触面积；电解池中亚铁离子失去电子，氢离子得到电子，电解总反应的离子方程式为2Fe²⁺+2H⁺ $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe³⁺+H₂↑，
故答案为：增大反应物接触面积，使反应更充分；2Fe²⁺+2H⁺ $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Fe³⁺+H₂↑．

点评 本题考查热化学方程式的书写、化学平衡有关计算与影响因素、化学平衡图象、电解原理等，是对学生综合能力的考查，难度中等．